高分辨率地震数据采集器的研究

摘要

本文利用过采样增量总和调制技术来实现超24位的地震数据采集。具体地说，用加法器、积分器、ADC芯片、CPLD和DAC芯片构建一个多阶、多比特的增量总和调制器，该调制器将模拟信号转换成高速率低分辨率的比特数据流。为从中获取所需要的信号(如地震波形)，需要利用数字抽取滤波器将该高速率低分辨的数据转换成低速率高分辨的数字信号，并对其进行编码，以便后续的处理、存储和传输。基于上述思路，设计了具体的实验电路，其中，积分器设计为三阶，调制器选择了线性度好、噪声低的16位ADC及DAC芯片。为了方便试验电路的评估，将调制器的输出经音频发送器件及外置声卡发送给计算机，在计算机上使用音频软件来实时接收信号，并利用Matlab对接收到的信号进行数字滤波抽取、频谱分析、线性度计算等数据处理工作。使用超低失真度信号发生器Model DS360及高精度校准仪Fluke 5720A作为信号源，对实验电路板的多项指标进行了测试。首先使用Mode1360产生的正弦波信号送给电路板，进行功能测试，证明该电路板工作正常;其次，记录输入短路时的噪声数据，计算噪声频谱，以及输入满量程时的数据及其频谱，根据噪声频谱图以及满量程时的频谱图来计算动态范围和分辨率;最后，使用Fluke5720A输出直流电压，送给实验板输入端，对实验板的线性度误差进行测试。测试结果表明:在1-40Hz范围内，所设计的高分辨率地震数据采集实验电路板的动态范围为161dB、分辨率为26.45位、线性度误差小于2.Sppm。